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JP5185557B2 - Tubular-body residual-stress improving apparatus - Google Patents

Tubular-body residual-stress improving apparatus

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JP5185557B2
JP5185557B2 JP2007090409A JP2007090409A JP5185557B2 JP 5185557 B2 JP5185557 B2 JP 5185557B2 JP 2007090409 A JP2007090409 A JP 2007090409A JP 2007090409 A JP2007090409 A JP 2007090409A JP 5185557 B2 JP5185557 B2 JP 5185557B2
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秀峰 坪田
孝 石出
崇 赤羽
博徳 鬼塚
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Description

本発明は、配管等の管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善装置に関する。 The present invention relates to a tubular-body residual-stress improving apparatus for improving the residual stress of the tubular body such as a pipe.

原子力発電所、大型プラント等において、大型の配管等の管体を設置する場合、溶接した際に配管に残留する応力の除去が問題となる。 Nuclear power plants, in a large plant or the like, when installing a tubular body such as a pipe of a large, removal of the stress remaining in the piping when the weld is an issue. 溶接が行われると配管には残留応力が発生し、その残留応力によって配管の寿命が短くなるおそれがあるため、溶接によって発生した残留応力は、除去することが望ましい。 Welding is the the pipe residual stress is generated done, since there is a danger that the life of the pipe by the residual stress is reduced, the residual stress generated by welding, it is desirable to remove.

配管に残留する残留応力の改善方法として、本願の発明者等は、レーザを周回移動させながら配管の外周面に照射し、材料に悪影響を及ぼさない温度に急速加熱して、配管の内外面に温度差を形成することにより、配管の残留応力を低減する方法を提案している(特許文献1〜4)。 As a method for improving the residual stress remaining in the pipe, the inventors of the present application, is irradiated on the outer peripheral surface of the pipe while the circular movement of the laser, and rapid heating to a temperature that does not adversely influence the material, the inner and outer surface of the pipe by forming a temperature differential has proposed a method of reducing the residual stress of the pipe (Patent documents 1 to 4).

特開2006−035292号公報 JP 2006-035292 JP 特開2006−015399号公報 JP 2006-015399 JP 特開2006−037199号公報 JP 2006-037199 JP 特開2005−232586号公報 JP 2005-232586 JP

特許文献1〜4等のように、レーザ照射により配管の残留応力を低減する方法においては、照射対象とする配管の径が比較的に小さい場合、配管の周方向において、配管の周囲へ逃げる光が多くなり、その結果、光の漏れ量が多くなると共に、照射領域の端部での十分な光強度の確保が困難となる問題があった。 As such Patent Documents 1 to 4, in the method of reducing the residual stress of the piping by laser irradiation, when the diameter of the pipe to be irradiated object is relatively small, in the circumferential direction of the pipe, the light escaping to the surrounding pipe It is increased, as a result, the leakage of light increases, there is a problem that it is difficult ensure a sufficient light intensity at the end of the irradiation area. 又、配管の軸方向においても、必要とする領域外への照射があるため、所望の領域内に所望の入熱特性を得るためには、レーザ出力が余分に必要となっていた。 Also in the axial direction of the pipe, because of the illumination of the area outside that required to obtain the desired heat input characteristic in a desired region it had been laser output with additionally required. 加えて、配管の径が変化するテーパ形状の配管を照射対象とした場合には、配管のテーパ部分とストレート部分との境界部で、入熱分布が急激に変化するため、配管のテーパ部分とストレート部分に対して、所望の入熱分布を得ることは困難であった。 In addition, in the case where a pipe of tapered diameter of the pipe is changed to an irradiation target, at the boundary between the tapered portion and the straight portion of the pipe, since the heat input distribution changes suddenly, and the tapered portion of the pipe against the straight portion, it has been difficult to obtain a desired heat input distribution.

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、レーザ光の光路を制御して、不必要な領域への照射を抑制する管体の残留応力改善装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and controls the optical path of the laser beam, and an object thereof is to provide a residual stress improving apparatus inhibits tubular body irradiation of unnecessary areas.

上記課題を解決する第の発明に係る管体の残留応力改善装置は、 The tubular-body residual-stress improving apparatus according to the first invention for solving the above problems,
円筒状の管体の外周を周回移動する回転駆動手段と、 A rotation driving unit that moves around the outer periphery of the cylindrical tube,
前記回転駆動手段に保持され、レーザ光源からのレーザ光を前記管体の溶接部分の外周面に複数照射すると共に、前記複数のレーザ光による照射領域を調整可能な光制御部とを有し、 The held to a rotary drive means, as well as several irradiating a laser beam to the outer peripheral surface of the welded portion of the tubular body from the laser light source and a front Kifuku number of adjustable light control unit irradiation area by the laser beam has,
記複数のレーザ光による照射領域を前記管体の周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善装置において、 By moving the irradiation region by the laser light before Kifuku number in a circumferential direction of the tubular body, the tubular-body residual-stress improving apparatus for improving the residual stress of the tube,
前記光制御部は、 The light control unit,
少なくとも1つの端部のレーザ光の光学系に、該光学系におけるレーザ光の光軸をずらすレンズを有し、該レンズにより、端部のレーザ光の強度ピークが前記管体の軸方向の外側に偏るように該レーザ光の光軸をずらして、前記管体へ照射すると共に、 At least one end an optical system of a laser beam, having a lens for shifting the optical axis of the laser beam in the optical system, by the lens, the outer intensity peak of the laser beam in the axial direction of the tubular body end together by shifting the optical axis of the laser beam is irradiated to the tube body like biased to,
他のレーザ光の光学系に、台形側面を前記管体の軸方向に向けて配設した台形プリズムを有し、該台形プリズムにより、各レーザ光の前記管体の周方向における裾野部分を内側に屈折して、前記管体へ照射することを特徴とする。 The optical system of the other laser beam has a trapezoidal prism which is disposed toward the trapezoidal side in the axial direction of the tubular body, the trapezoid prism, the inside of the skirt portion in the circumferential direction of the tubular body of the laser beam and refracted, and then irradiating to the tube body.

上記課題を解決する第2の発明に係る管体の残留応力改善装置は、 The tubular-body residual-stress improving apparatus according to a second invention for solving the above problems,
上記第1の発明に記載の管体の残留応力改善装置において、 In the residual stress improving apparatus of the pipe body according to the first aspect,
前記光制御部は、一方の端部のレーザ光の光学系が前記レンズを有する場合、他方の端部のレーザ光の光学系に、 前記レーザ光の光軸をずらすレンズに替えて 、台形側面を前記管体の周方向に向けて配設した他の台形プリズムを有し、該他の台形プリズムにより、端部のレーザ光の前記管体の軸方向における裾野部分を内側に屈折して、前記管体へ照射することを特徴とする。 The light control unit, when the optical system of the laser beam at one end has said lens, the optical system of the laser beam at the other end, in place of the lens to shift the optical axis of the laser beam, trapezium flanks the have other trapezoidal prism which is disposed toward the circumferential direction of the tubular body, the said other trapezoidal prism, and refracts the tail part in the axial direction of the tubular body of the laser beam ends inward, and irradiating to the tube body.

上記課題を解決する第3の発明に係る管体の残留応力改善装置は、 The tubular-body residual-stress improving apparatus according to a third invention for solving the above problems,
上記第1又は第2の発明に記載した管体の残留応力改善装置において、 In the residual stress improving apparatus the tube according to the first or second aspect of the invention,
前記台形プリズムに替えて、出射側の面が3つより多い数の面を有する多面プリズムを用いることを特徴とする。 Wherein instead of trapezoidal prisms, characterized by using a multifaceted prism having a surface having a surface on the emission side is more than three.
上記課題を解決する第4の発明に係る管体の残留応力改善装置は、 The tubular-body residual-stress improving apparatus according to a fourth invention for solving the above problems,
上記第2の発明に記載した管体の残留応力改善装置において、 In the residual stress improving apparatus the tube according to the second aspect of the present invention,
前記台形プリズム、前記他の台形プリズムに替えて、出射側の面が3つより多い数の面を有する多面プリズムを用いることを特徴とする。 The trapezoidal prism, instead of the other trapezoidal prism, which comprises using a multifaceted prism having a surface having a surface on the emission side is more than three.

上記課題を解決する第の発明に係る管体の残留応力改善装置は、 The tubular-body residual-stress improving apparatus according to a fifth invention for solving the above problems,
上記第2の発明に記載の管体の残留応力改善装置において、 In the residual stress improving apparatus of the pipe body according to the second aspect of the present invention,
前記他の台形プリズムに替えて、切頭型の四角錐からなる六面体プリズムを用い、該六面体プリズムにより、端部のレーザ光の前記管体の周方向における裾野部分を内側に屈折すると共に、端部のレーザ光の前記管体の軸方向における裾野部分を内側に屈折して、前記管体へ照射することを特徴とする。 Instead of the other trapezoidal prism, using the hexahedron prism consisting of pyramid truncated, by the hexagonal prism, with refracts skirt portion in the circumferential direction of the tubular body of the laser beam ends inward end the skirt portion in the axial direction of the tubular body of the laser light parts refracted inward, and irradiating to the tube body.

上記課題を解決する第の発明に係る管体の残留応力改善装置は、 The tubular-body residual-stress improving apparatus according to a sixth invention for solving the above problems,
円筒状の管体の外周を周回移動する回転駆動手段と、 A rotation driving unit that moves around the outer periphery of the cylindrical tube,
前記回転駆動手段に保持され、レーザ光源からのレーザ光を前記管体の溶接部分の外周面に1つ若しくは複数照射すると共に、前記1つ若しくは複数のレーザ光による照射領域を調整可能な光制御部とを有し、 The held to a rotary drive means, as well as one or more irradiating laser light to the outer peripheral surface of the welded portion of the tubular body from the laser light source, tunable light controlling the irradiation region by said one or more laser beams and a part,
前記1つ若しくは複数のレーザ光による照射領域を前記管体の周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善装置において、 By moving the irradiation region by said one or more laser beams in a circumferential direction of the tubular body, the tubular-body residual-stress improving apparatus for improving the residual stress of the tube,
前記光制御部は、少なくとも1つの端部のレーザ光の光学系に、該光学系におけるレーザ光の光軸をずらすレンズを有し、該レンズにより、端部のレーザ光の強度ピークが前記管体の軸方向の外側に偏るように該レーザ光の光軸をずらして、前記管体へ照射することを特徴とする。 The light control unit includes at least one end an optical system of a laser beam, having a lens for shifting the optical axis of the laser beam in the optical system, by the lens, the intensity peak of the laser beam end tube by shifting the optical axis of the laser beam as biased outward in the axial direction of the body, and irradiating to the tube body.

上記課題を解決する第の発明に係る管体の残留応力改善装置は、 Tubular-body residual-stress improving apparatus according to a seventh invention for solving the above-
上記第1から第のいずれか1つの発明に記載した管体の残留応力改善装置において、 In the residual stress improving apparatus tube body according to a sixth one of the invention from the first,
前記レーザ光の光学系を、1つの筐体内に配置することを特徴とする。 The optical system of the laser beam, characterized in that arranged in one housing.

上記課題を解決する第の発明に係る管体の残留応力改善装置は、 The tubular-body residual-stress improving apparatus according to an eighth invention for solving the above problems,
上記第1から第のいずれか1つの発明に記載した管体の残留応力改善装置において、 In the residual stress improving apparatus the tube according to the seventh one of the invention from the first,
前記光制御部の光学系に非球面レンズを用いることを特徴とする。 Characterized by using an aspherical lens in the optical system of the light control unit.

第1〜第の発明によれば、プリズムを用いて、レーザ光の裾野部分の光を内側に屈折するので、照射領域の端部において、十分な照射強度を確保すると共に、不必要な領域へのレーザ光の照射を抑制して、レーザ光の出力のムダを低減することができる。 According to the first to fifth invention, a prism, since the refraction of light of the tail part of the laser beam on the inside, at the end of the irradiation region, while ensuring a sufficient illumination intensity, unnecessary areas by suppressing the irradiation of the laser light to, it is possible to reduce the waste of the output of the laser beam.

第1、第の発明によれば、軸ずらしレンズを用いて、照射面でのレーザ光のピーク位置が軸方向外側にシフトするように、レーザ光の光軸をずらすので、照射領域の軸方向端部において、十分な照射強度を確保すると共に、不必要な領域へのレーザ光の照射を抑制して、レーザ光の出力のムダを低減することができる。 First, according to the sixth invention, by using the axis shifting lenses, so that the peak position of the laser beam on the irradiated surface is shifted axially outward, so shifting the optical axis of the laser beam, the axis of the irradiation region in the direction ends, it is possible while ensuring a sufficient illumination intensity, to suppress the irradiation of the laser light to the unwanted areas, reducing the waste of the output of the laser beam.

の発明によれば、複数の光学系を1つの筐体内に配置するので、各光学系の調整範囲を大きくできると共に、漏れ光を抑制して、装置が損傷したり、災害が発生したりすることを防止することができる。 According to the seventh invention, since arranging a plurality of optical systems in a single housing, with the adjustment range of the optical system can be increased, by suppressing the leakage light, device damage or disaster has occurred it is possible to prevent that or.

の発明によれば、光学系に非球面レンズを用いるので、使用するレンズ枚数を低減して、光制御部の構成を簡単且つ小さくすることができる。 According to the eighth invention, since an aspherical surface lens in the optical system, it is possible to reduce the number of lenses to be used to simply and reduce the structure of the light controller. 又、非球面レンズを照射対象の形状に応じて形成することにより、所望の照射プロファイルを形成することができる。 Further, by forming in accordance with aspheric lens to the shape of the irradiation target, it is possible to form a desired illumination profile.

本発明に係る管体の残留応力改善装置を、図1〜図14を用いて、詳細に説明する。 The tubular-body residual-stress improving apparatus according to the present invention, with reference to FIGS. 1 to 14, will be described in detail.

参考例1 Reference Example 1

図1は、本発明に係る管体の残留応力改善装置を示す概略構成図である。 Figure 1 is a schematic configuration diagram illustrating a residual stress improving apparatus of the pipe body according to the present invention.
図1に示すように、残留応力改善装置1は、円筒状の管体である配管2の外周を周回移動可能に配置され、周方向移動速度を制御可能な回転駆動装置3(回転駆動手段)と、回転駆動装置3に支持されると共に配管2の軸方向に延設され、配管2の周囲を配管2と同軸に周回可能なアーム部4と、アーム部4に保持され、配管2の溶接部Wの外周面の所定領域に複数のレーザ光9を照射する光制御部5と、複数の光ファイバ6により光制御部5と接続され、光ファイバ6を介してレーザ光を光制御部5に供給するレーザ発振器7と、回転駆動装置3、レーザ発振器7等を制御する制御部8とを有するものである。 As shown in FIG. 1, the residual stress improving apparatus 1 includes a cylindrical outer peripheral of the pipe 2 is a pipe body arranged to be circularly moved, controllable rotary drive the circumferential moving speed 3 (rotation driving means) If, it extends in the axial direction of the pipe 2 while being supported by the rotary drive device 3, an arm 4 which can circulate in the pipe 2 coaxially around the pipe 2 is held by the arm portion 4, welding of pipes 2 a light control unit 5 that irradiates a plurality of laser beam 9 in a predetermined area of ​​the outer peripheral surface of the parts W, a plurality of optical fibers 6 connected to the light control unit 5, the light control unit 5 of the laser beam through the optical fiber 6 a laser oscillator 7 supplies a rotational driving device 3, in which a control unit 8 for controlling the laser oscillator 7 and the like.

回転駆動装置3は、配管2の外周に脱着可能なものであり、残留応力を改善したい箇所例えば、溶接部W等の周囲に自由に設置可能である。 Rotary drive device 3 are those which can be attached and detached from the outer periphery of the pipe 2, places want to improve residual stress example, it is freely placed around such welds W. なお、回転駆動装置3は、その内周側が配管2を保持し、アーム部4を支持する外周側が周回可能であればどのような構成でもよく、例えば、内周側において、配管2を保持する固定部と、外周側において、アーム部4を支持すると共に配管2の周囲を配管2と同軸に周回する周回部とを有するような構成でもよい。 The rotation driving unit 3 holds an inner peripheral side pipe 2 that may be in the outer peripheral side orbital if any configuration for supporting the arm part 4, for example, in the inner, holds the pipe 2 a fixed portion, an outer peripheral side may be configured so as to have a circumferential portion formed around the periphery of the pipe 2 pipe 2 coaxially to support the arm 4.

光制御部5、光ファイバ6、レーザ発振器7は、加熱光学系を構成しており、配管2の軸方向に沿ってアーム部4に配置された光制御部5により、複数のレーザ光9を配管2の外周面の所定領域に照射し、所定領域を均一に加熱するようにしている。 Light control unit 5, the optical fiber 6, the laser oscillator 7 constitutes a heat optics, the light control unit 5 disposed on the arm portion 4 in the axial direction of the pipe 2, a plurality of laser beam 9 irradiating a predetermined area of ​​the outer circumferential surface of the pipe 2, so as to uniformly heat the predetermined region. 詳細は後述するが、光制御部5においては、光制御部5を構成するレンズ、ミラー等の位置を調整することで、周方向照射幅、軸方向照射幅を調整して、所望の加熱領域を調整している。 Although details will be described later, in the light control unit 5, a lens constituting the optical control unit 5, by adjusting the position of such mirror, circumferential irradiation width, by adjusting the axial irradiation width, a desired heating area It has been adjusted. なお、ここでは、一例として、光ファイバ6の数を複数とし、各々の光ファイバ6に対応して、配管2に照射されるレーザ光9も、P1〜Pnとしているが、光ファイバ6や照射されるレーザ光9の数は、照射条件によって適宜に変更可能なものであり、少なくとも1つ以上のレーザ光9を照射する構成であればよい。 Here, as an example, the number of optical fibers 6 and a plurality, corresponding to each of the optical fiber 6, the laser beam 9 is irradiated on the pipe 2 also, although the P1 to Pn, the optical fiber 6 and irradiated the number of the laser beam 9 to be are those that can be changed appropriately by the irradiation conditions, may have a configuration for irradiating at least one laser beam 9.

残留応力を改善する際には、本発明に係る残留応力改善装置1において、予め、光制御部5の調整により加熱領域を調整し、制御部8により、レーザ発振器7の出力を制御すると共に回転駆動装置3を所定の移動速度に制御して周回移動させることで、光制御部5から照射されるレーザ光9が、配管2の外周を周回移動しながら配管2の外周面の所定領域に照射され、配管2の外周面の所定領域が加熱されることになる。 In improving the residual stress, residual-stress improving apparatus 1 according to the present invention, in advance, to adjust the heating area by the adjustment of the light control unit 5, the control unit 8, the rotation and controls the output of the laser oscillator 7 a drive device 3 that is circularly moved by controlling the predetermined moving velocity irradiation, laser beam 9 emitted from the optical control unit 5, a predetermined region of the outer circumferential surface of the pipe 2 while circling movement the periphery of the pipe 2 It is, so that the predetermined area of ​​the outer peripheral surface of the pipe 2 is heated. このとき、加熱時に発生する配管2の内外面温度差を利用し、内面を引張降伏させることにより、冷却後の内面の残留応力を低減若しくは圧縮応力に改善している。 In this case, by using the inner and outer surfaces temperature difference of the pipe 2 to be generated during heating, by tensile yield the inner surface, it is improved to reduce or compressive stress residual stress of the inner surface after cooling. 周回数としては、1回の周回でもよいが、複数の周回としてもよく、複数の周回の場合は、始終端の位置を変更するようにしてもよい。 The number of turns may be in a single orbit, but may be a plurality of laps, in the case of a plurality of laps may be all the time changes the position of the edge. 又、加熱温度としては、固溶化温度未満とすることが好ましい。 As the heating temperature is preferably less than solid solution temperature. 更に、本発明の場合、配管2の内面側を必ずしも強制冷却する必要はない。 Furthermore, in the present invention, it is not always necessary to forcibly cool the inner surface of the pipe 2.

最初に、本発明に係る管体の残留応力改善装置において、残留応力を改善する原理を簡単に説明する。 First, the tubular-body residual-stress improving apparatus according to the present invention, brief description of the principle of improving the residual stress.

配管2の溶接部W近傍の所定領域の残留応力を改善する場合、本発明においては、配管2の外周面をレーザ光で加熱して、配管2の外面と内面との間に所定の温度差が生じるように加熱する。 It may improve the residual stress of a predetermined area of ​​the welded portion W vicinity of the pipe 2, in the present invention, by heating the outer peripheral surface of the pipe 2 by a laser beam, a predetermined temperature difference between the pipe 2 of the outer surface and the inner surface It is heated so as to occur. このような加熱を行うと、外面は圧縮応力状態、内面は引張応力状態、更には、内面は引張降伏状態になる。 Doing so heat, the outer surface is compressive stress state, the inner surface is tensile stress state, further, the inner surface becomes a tensile yield state. 加熱後、上記所定領域の内面及び外面の温度差が無くなり、常温付近まで温度が低下すると、外面が引張応力状態になり、内面が圧縮応力状態になり、降伏応力により内面の残留応力を引張応力状態から圧縮応力状態に改善することが可能となる。 After heating, there is no temperature difference between the inner and outer surfaces of the predetermined region, the temperature to near room temperature is lowered, the outer surface becomes the tensile stress state, the inner surface becomes a compressive stress state, the tensile residual stress of the inner surface by the yield stress Stress it is possible to improve from the state to the compressive stress state. このとき、加熱時に発生させる応力の大きさ(ひずみ量)は、少なくとも降伏応力相当以上のひずみ量となるように、レーザ加熱時の条件を設定することが望ましい。 At this time, the magnitude of the stress which is generated when heating (strain amount), so that at least the yield stress or equivalent strain amount, it is preferable to set the conditions at the time of laser heating. このようにして、配管2の内面に生じている残留応力を引張状態から圧縮状態に改善することができ、その結果、管体内面の応力腐食割れを防ぐことが可能となる。 In this way, residual stresses occurring in the inner surface of the pipe 2 can be improved in compression from tension, as a result, it is possible to prevent stress corrosion cracking of the tube inner surface.

このように、配管2の外周面(溶接部W近傍)をレーザ加熱して、所望のひずみ量を得るためには、軸方向照射幅、周方向照射幅を適切な範囲に制御する必要がある。 Thus, the outer peripheral surface of the pipe 2 (welded portion W vicinity) by laser heating, in order to obtain the desired amount of strain, it is necessary to control axial irradiation width, the circumferential irradiation width in the appropriate range . 軸方向照射幅、周方向照射幅は、配管2の形状(具体的には、配管2の径、板厚)、更には、配管2の材料、設置環境等に左右されるため、それらの条件に応じて、適切な軸方向照射幅、周方向照射幅を設定するようにしている。 Axial irradiation width, circumferential irradiation width, pipe 2 shape (specifically, the diameter of the pipe 2, the plate thickness), and further, the material of the pipe 2, is dependent on how the installation environment or the like, those conditions depending on the proper axial irradiation width, and to set the circumferential irradiation width.

ところが、光制御部5に供給されるレーザ光は、光ファイバ6等を用いて供給されるため、元々の照射領域が広くなく、所望の軸方向照射幅、周方向照射幅とするためには、レンズ、凹面鏡等を用いて、照射領域を拡げる必要があった。 However, the laser light supplied to the optical control unit 5, to be supplied with the optical fiber 6 and the like, not wide originally of the irradiation region, desired axial irradiation width, to the circumferential irradiation width , lenses, using a concave mirror, etc., it is necessary to expand the irradiation region. その場合、照射領域の端部においては、十分な光強度を確保することが難しく、その部分を入熱のための照射領域とみなすことができず、無駄な照射領域となっていた。 In that case, at the end of the irradiation region, it is difficult to secure a sufficient light intensity can not be considered that part and the irradiation area for heat input, has been a useless irradiation region. 従って、軸方向照射幅、周方向照射幅の端部において、所望の入熱を得るためには、より大きなレーザ出力が必要となっていた。 Thus, the axial irradiation width at the end of the circumferential irradiation width, in order to obtain the desired heat input has been a need larger laser output. 又、照射対象の配管2の径が比較的小さい場合には、照射領域の周方向端部の光が配管2の外側へ逃げてしまい、光の漏れ量が多くなると共に、実質的に照射された配管2の照射部分の周方向端部において、十分な光強度を確保することが難しい状況であった。 Further, if the diameter of the pipe 2 of the irradiation target is relatively small, light circumferential end portion of the irradiation region escapes to the outside of the pipe 2, together with the leakage amount of light increases, it is substantially illuminated in the circumferential direction end portions of the irradiated portion of the pipe 2, was situation it is difficult to secure a sufficient light intensity.

そこで、本発明に係る管体の残留応力改善装置においては、上述したような課題を克服するべく、光制御部5における光学系の構成を工夫している。 Therefore, the residual stress improving apparatus of the pipe body according to the present invention, in order to overcome the problems as described above, is devised a configuration of an optical system in the light control unit 5. なお、以下の説明においては、特に断らない限り、周方向とは、配管2の周方向を意味し、軸方向とは、配管2の軸方向を意味する。 In the following description, unless otherwise specified, a circumferential direction means a circumferential direction of the pipe 2, the axial means an axial direction of the pipe 2.

図2(a)に、光制御部5の実施形態の一例となる概略構成図を示して、その構成を説明する。 In FIG. 2 (a), a schematic diagram illustrating an exemplary embodiment of the light control unit 5, its configuration will be described. なお、図2(a)においては、見やすくするため、複数のレーザ光のうち、レーザ光P1、Pnのみの光学系を図示すると共に、実際は、レンズやミラー等により、拡大されたり、反射されたりしているレーザ光P1、Pnの光路のうち、本参考例における特徴的光路のみ図示する。 Since the in FIG. 2 (a), the clarity, of the plurality of laser beams, as well as illustrating the optical system of the laser light only P1, Pn, in fact, by a lens or mirror or the like, or expanded, or is reflected among with the optical path of the laser beam P1, Pn that is, illustrated only the characteristic optical path in the reference example.

参考例の光制御部5Aは、レーザ光P1〜Pnを制御するものである。 Light control unit 5A of the present embodiment is for controlling the laser light P1 to Pn. 各光路上の光学系は、同等の構成を有しており、例えば、レーザ光P1においては、図2(a)に示すように、レーザ光の進行方向に向かって、順に、保護ガラス11、レンズ12、ミラー13、レンズ14を有している。 The optical system of the optical path has the same configuration, for example, in the laser light P1, as shown in FIG. 2 (a), towards the traveling direction of the laser beam, in turn, a protective glass 11, lens 12, a mirror 13, and a lens 14. 従って、レーザ光P1においては、光ファイバ6から出射されたレーザ光が、光学系を保護する保護ガラス11へ入射され、保護ガラス11を透過したレーザ光がレンズ12により拡大され、その後、レンズ12により拡大されたレーザ光が、ミラー13により配管2の方向へ反射され、ミラー13により反射されたレーザ光が、レンズ14により、更に拡大されて、配管2の所望の領域に照射されている。 Accordingly, the laser light P1, the laser beam emitted from the optical fiber 6, is incident on the protective glass 11 for protecting the optical system, the laser light transmitted through the protective glass 11 is enlarged by the lens 12, then, the lens 12 expanded laser beam is reflected into the pipe 2 direction by the mirror 13, the laser beam reflected by the mirror 13, the lens 14 is being further enlarged, irradiated to a desired region of the pipe 2 by.

しかしながら、上記光学系のみでは、照射領域の周方向端部の光強度は、不十分なままであるため、本参考例においては、レーザ光P1〜Pnの光学系の最終段であり、かつ、配管2に照射されるそれらのレーザ光の光学系の最終的な光路に対し、それらの光路の周方向両側に、1対のミラー21、22を配設している。 However, only by the above optical system, the light intensity of the circumferential end portion of the irradiation region, since it remains insufficient, in the present embodiment, a last stage of an optical system of a laser beam P1 to Pn, and, to final optical path of the optical system of their laser beam irradiated to the pipe 2, in the circumferential direction on both sides of their path, it is disposed a pair of mirrors 21, 22. これらのミラー21、22は、拡大されたレーザ光の周方向における裾野部分のレーザ光を反射し、配管2の所望の照射領域にレーザ光を折り返すように配置されている。 These mirrors 21 and 22, reflects the laser beam of the skirt portion in the circumferential direction of the expanded laser beam, it is arranged to wrap the laser beam to a desired irradiation area of ​​the pipe 2.

このような構成により、配管2の照射領域の周方向端部では、レンズ14を透過して直接配管2に照射されたレーザ光と、レンズ14を透過し、ミラー21、22にて反射されたレーザ光とが重なるように照射されることになる。 With such a configuration, the circumferential end portion of the irradiation area of ​​the pipe 2, a laser beam irradiated in direct piping 2 passes through the lens 14, transmitted through the lens 14, reflected by the mirrors 21 so that the laser beam is irradiated so as to overlap. その結果、逃げ光を抑制して、出力を有効活用することができ、配管2の照射領域の周方向端部の光強度を制御して、その立上りを急峻にすることができる。 Consequently, by suppressing escape light can be used effectively output by controlling the light intensity of the circumferential end portion of the irradiation area of ​​the pipe 2, it can be made steep rise. なお、ここでは、調整が容易となることを考慮して、レーザ光P1〜Pnの全ての光学系に共用可能な1対のミラー21、22を設けたが、共用可能なミラー21、22に替えて、レーザ光P1〜Pnの各々に独立してミラーを設けるようにしてもよい。 Here, in consideration of the fact that adjustment is easy, it is provided with the mirrors 21, 22 of the pair shareable to all of the optical system of the laser light P1 to Pn, the shareable mirrors 21 instead it may be provided with mirrors independently of each laser light P1 to Pn.

従って、従来は、配管2の外側に逃げていた光や必要領域への入熱にほとんど寄与しなかったレーザ光の裾野部分を、ミラー21、22により有効に利用して、配管2の照射領域の周方向端部の光強度を確保することができ、例えば、図2(b)の領域Aに示すように、周方向両端部が急峻に立ち上がったプロファイルに制御可能である。 Therefore, conventionally, the most tail part of the laser light does not contribute to the heat input into the light and the necessary area that has escaped to the outside of the pipe 2, by utilizing effectively the mirrors 21, 22, of the pipe 2 irradiated region peripheral can ensure the light intensity of direction end portion, for example, as shown in region a of FIG. 2 (b), can be controlled to a profile that both circumferential ends rises steeply.

参考例2 Reference Example 2

図3(a)に、光制御部5の実施形態の他の一例となる概略構成図を示して、その構成を説明する。 In FIG. 3 (a), a schematic diagram of still another exemplary embodiment of the light control unit 5, its configuration will be described. なお、図3(a)においても、見やすくするため、レーザ光P1〜Pnのうち、レーザ光P1、Pnのみの光学系を図示すると共に、実際は、レンズやミラー等により、拡大されたり、反射されたりしているレーザ光P1、Pnの光路のうち、本参考例における特徴的光路のみ図示する。 It is the same even, clarity in FIG. 3 (a), of the laser light P1 to Pn, as well as illustrating the optical system of the laser light only P1, Pn, in fact, by a lens or mirror or the like, or expanded, is reflected of the optical paths for the laser beams P1, Pn which are or will be shown only the characteristic optical path in the reference example.

図3(a)に示す光制御部5Bは、ミラーの構成を除き、 参考例1の図2(a)に示した光制御部5Aと同等の構成を有するものである。 Light control unit 5B shown in FIG. 3 (a), except for the configuration of the mirror, and has a same structure as the optical control unit 5A shown in FIG. 2 of Reference Example 1 (a). 従って、 参考例1の光制御部5Aと同等の構成については、重複する説明を省略して、光制御部5Bの構成を説明する。 Therefore, for the same structure as the optical control unit 5A of Example 1, omitting the overlapping description, the configuration of the optical control unit 5B.

参考例においては、照射領域の軸方向端部の光強度を確保するため、配管2に照射されるレーザ光P1〜Pnの両端部、つまり、レーザ光P1、Pnの光学系の最終段であり、かつ、それらのレーザ光P1、Pnの光学系の最終的な光路に対し、それらの光路の軸方向両端側に、1対のミラー23、24を配設している。 In the present embodiment, in order to ensure the light intensity of the axial end portion of the irradiation area, both end portions of the laser beam P1~Pn irradiated onto the pipe 2, that is, at the final stage of the optical system of the laser light P1, Pn There, and, with respect to their final optical path of the optical system of the laser light P1, Pn, the axial direction end sides of their path, are disposed a pair of mirrors 23, 24. ミラー23は、拡大されたレーザ光P1の軸方向における裾野部分のレーザ光を反射し、配管2の所望の照射領域にレーザ光を折り返すように配置されており、ミラー24は、拡大されたレーザ光Pnの軸方向における裾野部分のレーザ光を反射し、配管2の所望の照射領域にレーザ光を折り返すように配置されている。 Mirror 23 reflects the laser beam of the skirt portion in the enlarged axial direction of the laser beam P1, is arranged to wrap the laser beam to a desired irradiation area of ​​the pipe 2, the mirror 24 is expanded laser reflects the laser beam of the skirt portion in the axial direction of the optical Pn, is arranged to wrap the laser beam to a desired irradiation area of ​​the pipe 2. なお、配管2へ照射するレーザ光が1系統である場合には、例えば、レーザ光P1のみを用いて、配管2へ照射する場合には、レーザ光P1の光学系の最終段であり、かつ、そのレーザ光P1の光学系の最終的な光路に対し、その光路の軸方向両端側に、1対のミラー23、24を配設すればよい。 Incidentally, if the laser light irradiated into the pipe 2 is one system, for example, using only laser light P1, the case of irradiating the pipe 2 is the final stage of the optical system of the laser light P1, and , the laser light P1 to the final optical path of the optical system, the axial end side of the optical path may be disposed a pair of mirrors 23, 24.

このような構成により、配管2の照射領域の軸方向の端部では、レンズ14を透過して直接配管2に照射されたレーザ光と、レンズ14を透過し、ミラー23、24にて反射されたレーザ光とが重なるように照射されることになる。 With such a configuration, the axial end portion of the irradiation area of ​​the pipe 2, a laser beam irradiated in direct piping 2 passes through the lens 14, transmitted through the lens 14, is reflected by the mirror 23, 24 and a laser beam so that is irradiated so as to overlap. その結果、必要領域外への照射を抑制して、出力を有効活用することができ、配管2の照射領域の軸方向端部の光強度を制御して、その立上りを急峻にすることができる。 Consequently, by suppressing irradiation of the necessary region outside can be effectively utilized the output, by controlling the light intensity of the axial end portion of the irradiation area of ​​the pipe 2, it can be made steep rise .

従って、従来は、必要領域への入熱にほとんど寄与しなかったレーザ光の裾野部分を、ミラー23、24により有効に利用して、配管2の照射領域の軸方向端部の光強度を確保することができる。 Therefore, conventionally, the most tail part of the laser light does not contribute to the heat input into the required area, by utilizing effectively the mirrors 23, ensure the light intensity of the axial end portion of the irradiation area of ​​the pipe 2 can do. 例えば、図3(b)において、プロファイルP1、Pnは、ミラー23、24が無ければ、ガウス分布状のプロファイルであったが、ミラー23、24を配置することにより、図3(b)の領域Bに示すように、軸方向両端部が急峻に立ち上がったプロファイルに制御可能であり、配管2に与える温度分布も、図3(b)に示すような温度プロファイルに制御することができる。 For example, in FIG. 3 (b), the profile P1, Pn, unless the mirrors 23 has a Gaussian-like profile, by disposing the mirror 23, the area shown in FIG. 3 (b) as shown in B, and can be controlled to a profile that axial end portions rises sharply, the temperature distribution to be applied to the pipe 2 can also be controlled to the temperature profile as shown in FIG. 3 (b). なお、図3(b)においては、P1、Pn以外のプロファイル、例えば、P2等のプロファイルは省略している。 In FIG. 3 (b), P1, Pn other profiles, for example, profiles such as P2 are omitted.

参考例3 Reference Example 3

図4に、光制御部5の実施形態の他の一例となる概略構成図を示して、その構成を説明する。 Figure 4 is a schematic diagram illustrating an another example of an embodiment of the light control unit 5, its configuration will be described. なお、図4においても、見やすくするため、レーザ光P1〜Pnのうち、レーザ光P1、Pnのみの光学系を図示すると共に、実際は、レンズやミラー等により、拡大されたり、反射されたりしているレーザ光P1、Pnの光路のうち、本参考例における特徴的光路のみ図示する。 It is the same even, clarity in FIG. 4, in the laser light P1 to Pn, as well as illustrating the optical system of the laser light only P1, Pn, in fact, by a lens or mirror or the like, or be expanded, with or is reflected of the optical paths for the laser beams P1, Pn which are, shown only the characteristic optical path in the reference example.

図4に示す光制御部5Cは、ミラーの構成を除き、 参考例1の図2(a)に示した光制御部5A、 参考例2の図3(a)に示した光制御部5Bと同等の構成を有するものである。 Light control unit 5C shown in FIG. 4, except the structure of the mirror, the light control unit 5A shown in FIG. 2 of Reference Example 1 (a), a light control unit 5B shown in FIG. 3 of Reference Example 2 (a) and it has a similar configuration. 更に具体的には、図4に示す光制御部5Cでは、光制御部5Aにおけるミラー21、22と光制御部5Bにおけるミラー23、24とを組み合わせて、レーザ光P1〜Pnの光学系を、ミラー21〜24で囲んで、ボックス化した構成である。 More specifically, the light control section 5C shown in FIG. 4, in combination with a mirror 23, 24 in the mirrors 21 and the optical control unit 5B in the light control unit 5A, the optical system of the laser light P1 to Pn, surrounded by a mirror 21 to 24, a structure in which the boxed. 従って、 参考例1の光制御部5A及び参考例2の光制御部5Bと同等の構成については、重複する説明を省略して、光制御部5Cの構成を説明する。 Therefore, for the same structure as the optical control unit 5B of the light control unit 5A and Reference Example 2 Reference Example 1, omitting the overlapping description, the configuration of the optical control unit 5C.

参考例においては、照射領域の周方向端部及び軸方向端部の光強度を確保するため、光学系の最終段であり、レーザ光の最終的な光路に対して、周方向の両側にミラー21、22を配設すると共に、軸方向の両側にミラー23、24を配設している。 In the present embodiment, in order to ensure the light intensity of the circumferential end portion and the axial end of the irradiation area is the final stage of the optical system, on the final optical path of the laser beam, on both sides of the circumferential direction the mirrors 21, 22 as well as arranged, and disposed mirrors 23 on both sides in the axial direction. ミラー21、22は、拡大されたレーザ光P1〜Pnの周方向における裾野部分のレーザ光を反射し、配管2の所望の照射領域にレーザ光を折り返すように配置され、ミラー23、24は、拡大されたレーザ光P1、Pnの軸方向における裾野部分のレーザ光を反射し、配管2の所望の照射領域にレーザ光を折り返すように配置されている。 Mirrors 21, 22 reflects the laser beam of the skirt portion in the circumferential direction of the expanded laser beam P1 to Pn, are arranged to wrap the laser beam to a desired irradiation area of ​​the pipe 2, the mirror 23 and 24, reflects the laser beam of the skirt portion in the axial direction of the expanded laser beam P1, Pn, is arranged to wrap the laser beam to a desired irradiation area of ​​the pipe 2.

このような構成により、配管2の照射領域の周方向の端部では、レンズ14を透過して直接配管2に照射されたレーザ光と、レンズ14を透過し、ミラー21、22にて反射されたレーザ光とが重なるように照射されることになる。 With this configuration, in the circumferential direction of the end portion of the irradiation area of ​​the pipe 2, a laser beam irradiated in direct piping 2 passes through the lens 14, transmitted through the lens 14, is reflected by the mirror 21, 22 and a laser beam so that is irradiated so as to overlap. 又、配管2の照射領域の軸方向の端部では、レンズ14を透過して直接配管2に照射されたレーザ光と、レンズ14を透過し、ミラー23、24にて反射されたレーザ光とが重なるように照射されることになる。 Further, the end portion in the axial direction of the irradiation area of ​​the pipe 2, a laser beam irradiated in direct piping 2 passes through the lens 14, transmitted through the lens 14, the laser beam reflected by the mirror 23, 24 It will be irradiated as overlap. その結果、逃げ光や必要領域外への照射を抑制して、出力を有効活用することができ、配管2の照射領域の周方向端部及び軸方向端部の光強度を制御して、その立上りを急峻にすることができる。 As a result, the reduced illumination to escape light or necessary area outside, it is possible to effectively utilize the output, by controlling the light intensity of the circumferential end portion and the axial end of the irradiation area of ​​the pipe 2, the it can be a steep rise.

従って、従来は、配管2の外側に逃げていた光や必要領域への入熱にほとんど寄与しなかったレーザ光の周方向の裾野部分を、ミラー21、22により有効に利用して、配管2の照射領域の周方向端部の光強度を確保することができ、加えて、必要領域への入熱にほとんど寄与しなかったレーザ光の軸方向の裾野部分を、ミラー23、24により有効に利用して、配管2の照射領域の軸方向端部の光強度を確保することができる。 Therefore, conventionally, the circumferential direction of the skirt portion of the laser beam almost does not contribute to the heat input into the light and the necessary area that has escaped to the outside of the pipe 2, by utilizing effectively the mirrors 21, pipe 2 the light intensity of the circumferential end portion of the irradiation area of ​​can be secured, in addition, the most axial skirt portion of the laser light does not contribute to the heat input into the necessary area, effectively by mirrors 23 using, it is possible to ensure the light intensity of the axial end portion of the irradiation area of ​​the pipe 2. 又、レーザ光P1〜Pnの光学系を、ミラー21〜24で囲んで、ボックス化したので、周辺への漏れ光を抑制でき、漏れ光対策(防護板等)が不要となる。 Further, the optical system of the laser light P1 to Pn, surrounded by mirrors 21 to 24, since the boxed, it is possible to suppress leakage light to the peripheral leakage light protection (protective plate etc.) is not necessary.

参考例4 Reference Example 4

図5に、光制御部5の実施形態の一例となる概略構成図を示して、その構成を説明する。 Figure 5 is a schematic diagram illustrating an exemplary embodiment of the light control unit 5, its configuration will be described. なお、図5においても、見やすくするため、レーザ光P1〜Pnのうち、レーザ光P1、Pnのみの光学系を図示すると共に、実際は、レンズやミラー等により、拡大されたり、反射されたりしているレーザ光P1、Pnの光路のうち、主な光路のみ図示している。 Also in FIG. 5, for clarity, of the laser light P1 to Pn, as well as illustrating the optical system of the laser light only P1, Pn, in fact, by a lens or mirror or the like, or be expanded, with or is reflected of the optical paths for the laser beams P1, Pn which are, and shows only principal optical paths.

図5に示すように、本参考例の光制御部5Dも、レーザ光P1〜Pnを制御するものである。 As shown in FIG. 5, the light control unit 5D of the present embodiment also, controls the laser light P1 to Pn. 各光路上の光学系は、同等の構成を有しており、例えば、レーザ光Pnにおいては、レーザ光の進行方向に向かって、順に、保護ガラス31、台形プリズム32、レンズ33、ミラー35、保護ガラス36を有している。 The optical system of the optical path has the same configuration, for example, in a laser beam Pn, toward the traveling direction of the laser beam, in turn, a protective glass 31, the trapezoidal prism 32, a lens 33, a mirror 35, It has a protective glass 36. つまり、光学系のいずれかに、例えば、光学系の前段側に、台形プリズム32を有する構成である。 That is, any of the optical system, for example, in the preceding stage of the optical system is configured to have a trapezoidal prism 32.

参考例では、上記参考例1〜3と異なり、ミラーに替えて、台形側面側が軸方向に向かって(周方向に平行に)配置された台形プリズム32を用いて、周方向における裾野部分のレーザ光の光路を内側に屈折させて、照射領域の周方向端部の光強度を確保するようにしている。 In the present embodiment, unlike the above Reference Examples 1 to 3, in place of the mirror, trapezium flanks side (in parallel to the circumferential direction) toward the axis direction using a trapezoidal prism 32 arranged, the foot portion in the circumferential direction by refracting the optical path of the laser beam on the inside, thereby ensuring the light intensity in the circumferential end portion of the irradiation area.

従って、例えば、レーザ光Pnにおいては、光ファイバ6から出射されたレーザ光が、光学系を保護する保護ガラス31へ入射され、保護ガラス11を透過したレーザ光が周方向における裾野部分のレーザ光の光路を調整する台形プリズム32により屈折され、台形プリズム32により屈折されたレーザ光がレンズ33により拡大され、その後、レンズ33により拡大されたレーザ光が、ミラー35により配管2の方向へ反射され、ミラー35により反射されたレーザ光が、保護ガラス36を透過して、配管2の所望の領域に照射されている。 Thus, for example, in a laser beam Pn, laser light emitted from the optical fiber 6, is incident on the protective glass 31 for protecting the optical system, the laser beam tail part laser beam transmitted through the protective glass 11 in the circumferential direction the refractive by the trapezoidal prism 32 for adjusting an optical path, the laser beam is refracted by the trapezoidal prism 32 is enlarged by the lens 33, then the laser light enlarged by the lens 33 is reflected into the pipe 2 direction by the mirror 35 , the laser beam reflected by the mirror 35 passes through the protective glass 36 and is irradiated to a desired area of ​​the pipe 2. なお、レンズ33としては、球面レンズを用いているが、例えば、シリンドリカルレンズ等を用いてもよく、1つのシリンドリカルレンズを周方向調整用に用い、他の1つのレンズを軸方向調整用に用いてもよい。 As the lens 33, but using spherical lenses, for example, it may be used a cylindrical lens or the like, using a single cylindrical lens for circumferentially adjusting, using other one lens for axial adjustment it may be.

このような構成により、従来逃げ光や必要領域への入熱にほとんど寄与しないレーザ光の裾野部分となっていた部分を、配管2の照射領域の周方向の端部に屈折させて、照射することになる。 With this configuration, a part that was almost a foot portion of the laser light that does not contribute to the heat input to the conventional relief light or necessary area refracts to an end of the circumferential direction of the irradiation area of ​​the pipe 2 is irradiated It will be. その結果、逃げ光を抑制して、出力を有効活用することができ、配管2の照射領域の周方向端部の光強度を制御して、その立上りを急峻にすることができる。 Consequently, by suppressing escape light can be used effectively output by controlling the light intensity of the circumferential end portion of the irradiation area of ​​the pipe 2, it can be made steep rise. なお、ここでは、調整が容易となることを考慮して、レーザ光P1〜Pnの全ての光学系に共通なミラー35、保護ガラス36を設けたが、共通のミラー35、保護ガラス36に替えて、レーザ光P1〜Pnの各々に独立してミラー、保護ガラスを設けるようにしてもよい。 Here, in consideration of the fact that adjustment is easy, common mirror 35 to all of the optical system of the laser light P1 to Pn, it is provided with the protective glass 36, a common mirror 35, instead of the protective glass 36 Te, may be independently of each laser beam P1~Pn mirror, a protective glass.

従って、従来は、配管2の外側に逃げていた光や必要領域への入熱にほとんど寄与しないレーザ光の裾野部分となっていた部分を、台形プリズム32により有効に利用して、配管2の照射領域の周方向端部の光強度を確保することができる。 Therefore, conventionally, a part that was almost a foot portion of the laser light that does not contribute to the heat input into the light and the necessary area that has escaped to the outside of the pipe 2, by effectively using the trapezoidal prism 32, of the pipe 2 it is possible to ensure the light intensity of the circumferential end portion of the irradiation area. そして、レーザ光P1〜Pn毎に、台形プリズム32を調整すれば、小径管を対象とする場合にも、レーザ光のビーム裾野でのエネルギ密度の低下を抑制することができる。 Each time the laser light P1 to Pn, by adjusting the trapezoidal prism 32, even when the target small diameter tube, it is possible to suppress a decrease in energy density of the beam foot of laser beam.

図6(a)に、光制御部5の実施形態の他の一例となる概略構成図を示して、その構成を説明する。 In FIG. 6 (a), a schematic diagram of still another exemplary embodiment of the light control unit 5, its configuration will be described. なお、図6(a)においても、見やすくするため、レーザ光P1〜Pnのうち、レーザ光P1、Pnのみの光学系を図示すると共に、実際は、レンズやミラー等により、拡大されたり、反射されたりしているレーザ光P1、Pnの光路のうち、主な光路のみ図示している。 It is the same even, clarity in FIG. 6 (a), of the laser light P1 to Pn, as well as illustrating the optical system of the laser light only P1, Pn, in fact, by a lens or mirror or the like, or expanded, is reflected of the optical paths for the laser beams P1, Pn are or are illustrated only the main optical path.

図6(a)に示す光制御部5Eは、レーザ光P1の光学系の構成を除き、 参考例4の図5に示した光制御部5Dと同等の構成を有するものである。 Light control unit 5E shown in FIG. 6 (a), except for the configuration of an optical system of a laser beam P1, and has a same structure as the optical control unit 5D shown in FIG. 5 of Reference Example 4. 従って、 参考例4の光制御部5Dと同等の構成については、重複する説明を省略して、光制御部5Eの構成を説明する。 Therefore, for the same structure as the optical control unit 5D of Reference Example 4, omitting their overlapping descriptions, the configuration of the optical control unit 5E.

本実施例においては、一方の端部側のレーザ光P1の光学系に、台形プリズム32に替えて、台形プリズム37を配設している。 In this embodiment, the optical system of the laser light P1 at one end side, instead of the trapezoidal prism 32 is disposed a trapezoidal prism 37. つまり、光学系のいずれかに、例えば、光学系の前段側に、台形プリズム37を有する構成である。 That is, any of the optical system, for example, in the preceding stage of the optical system is configured to have a trapezoidal prism 37. 台形プリズム37は、台形プリズム32とは異なり、台形側面側が周方向に向かって(軸方向に平行に)配置されたものであり、軸方向における裾野部分のレーザ光の光路を内側に屈折させて、照射領域の軸方向端部の光強度を確保するようにしている。 Trapezoidal prism 37 is different from the trapezoidal prism 32, which trapezium flanks side (parallel to the axial direction) toward the circumferential direction are arranged, refracts the optical path of the laser beam the foot portion in the axial direction on the inside , and it ensures the light intensity of the axial end portion of the irradiation area. なお、同様の台形プリズム37を、他方の端部側のレーザ光Pnの光学系に設けるようにしてもよい。 Incidentally, the same trapezoidal prism 37 may be provided in the optical system of the laser beam Pn at the other end side.

従って、例えば、レーザ光P1においては、光ファイバ6から出射されたレーザ光が、光学系を保護する保護ガラス31へ入射され、保護ガラス11を透過したレーザ光が軸方向における裾野部分のレーザ光の光路を調整する台形プリズム37により屈折され、台形プリズム37により屈折されたレーザ光がレンズ33により拡大され、その後、レンズ33により拡大されたレーザ光が、ミラー35により配管2の方向へ反射され、ミラー35により反射されたレーザ光が、保護ガラス36を透過して、配管2の所望の領域に照射されている。 Thus, for example, in the laser light P1, the laser beam emitted from the optical fiber 6, is incident on the protective glass 31 for protecting the optical system, the laser beam tail part laser beam transmitted through the protective glass 11 in the axial direction the refractive by the trapezoidal prism 37 for adjusting an optical path, the laser beam is refracted by the trapezoidal prism 37 is enlarged by the lens 33, then the laser light enlarged by the lens 33 is reflected into the pipe 2 direction by the mirror 35 , the laser beam reflected by the mirror 35 passes through the protective glass 36 and is irradiated to a desired area of ​​the pipe 2.

このような構成により、従来必要領域への入熱にほとんど寄与しないレーザ光の裾野部分となっていた部分を、配管2の照射領域の軸方向の端部に屈折させて、照射することになる。 With this configuration, a part that was almost a foot portion of the laser light that does not contribute to the heat input into the required conventionally region refracts the end in the axial direction of the irradiation area of ​​the pipe 2, so that the irradiated . その結果、必要領域外への照射を抑制して、出力を有効活用することができ、配管2の照射領域の周方向端部の光強度を制御して、その立上りを急峻にすることができる。 Consequently, by suppressing irradiation of the necessary region outside can be effectively utilized the output, by controlling the light intensity of the circumferential end portion of the irradiation area of ​​the pipe 2, it can be made steep rise .

従って、従来は、必要領域への入熱にほとんど寄与しなかったレーザ光の裾野部分を、台形プリズム37により有効に利用して、配管2の照射領域の軸方向端部の光強度を確保することができる。 Therefore, conventionally, the most tail part of the laser light does not contribute to the heat input into the required area, by effectively using the trapezoidal prism 37, to ensure the light intensity of the axial end portion of the irradiation area of ​​the pipe 2 be able to. 例えば、図6(b)において、従来は、台形プリズム37が無ければ、プロファイルP1も、プロファイルPnのような通常のガウス分布状のプロファイルであったが、台形プリズム37により、端部側のプロファイルが立ち上がり、頂上部が平坦な台形状のプロファイルに制御可能であり、配管2に与える温度分布も、図6(b)に示すような温度プロファイルに制御することができる。 For example, in FIG. 6 (b), conventionally, if there is no trapezoidal prism 37, the profile P1 also has a normal Gaussian distribution in the profile, such as profile Pn, the trapezoidal prism 37, the end portion side profile rises, the top portion are possible controlled flat trapezoidal profile, even temperature distribution to be applied to the pipe 2, it is possible to control the temperature profile as shown in Figure 6 (b). なお、図6(b)においても、P1、Pn以外のプロファイル、例えば、P2等のプロファイルは省略している。 Also in FIG. 6 (b), P1, Pn other profiles, for example, profiles such as P2 are omitted.

図7(a)、(b)に、光制御部5の実施形態の他の一例となる概略構成図を示して、その構成を説明する。 Figure 7 (a), (b), a schematic diagram of still another exemplary embodiment of the light control unit 5, its configuration will be described. なお、図7(a)は、その上面視であり、図7(b)は、その斜視である。 Incidentally, FIG. 7 (a) is its top view, FIG. 7 (b) is its perspective. 又、図7(a)、(b)においても、見やすくするため、レーザ光P1〜Pnのうち、レーザ光P1、Pnのみの光学系を図示すると共に、実際は、レンズやミラー等により、拡大されたり、反射されたりしているレーザ光P1、Pnの光路のうち、主な光路のみ図示している。 Further, FIG. 7 (a), the even (b), the for clarity, of the laser light P1 to Pn, as well as illustrating the optical system of the laser light only P1, Pn, in fact, by a lens or mirror or the like, expanded or, in the light path of the laser beam P1, Pn which it is or is reflected, and shows only principal optical paths.

図7(a)、(b)に示すように、本実施例の光制御部5Fは、レーザ光P1〜Pnを制御するものである。 FIG. 7 (a), the (b), the light control unit 5F of the present embodiment is for controlling the laser light P1 to Pn. 本実施例においては、レーザ光P1、Pn以外の光学系については、上記参考例4におけるレーザ光P1、Pnの光学系と同等の構成を有しており、レーザ光の進行方向に向かって、順に、保護ガラス31、台形プリズム32、レンズ33、ミラー35、保護ガラス36を有している。 In the present example, the optical system other than the laser light P1, Pn, has the same structure as the optical system of the laser light P1, Pn in the above Reference Example 4, toward the traveling direction of the laser beam, in turn, the protective glass 31, the trapezoidal prism 32, a lens 33, a mirror 35, and a protective glass 36.

但し、本実施例では、上記参考例4、 実施例1におけるレーザ光P1、Pnの光学系とは、その構成が異なっている。 However, in this embodiment, the reference example 4, the optical system of the laser light P1, Pn in the first embodiment, is different that configuration. 具体的には、レーザ光P1、Pnの光学系においては、レーザ光の進行方向に向かって、順に、保護ガラス31、レンズ41、光軸ずらしレンズ43、ミラー35、保護ガラス36を有している。 Specifically, in the optical system of the laser light P1, Pn, toward the traveling direction of the laser beam, in turn, a protective glass 31, a lens 41, shifting the optical axis lens 43, a mirror 35, and a protective glass 36 there. つまり、光軸ずらしレンズ43は、レーザ光P1、Pnの光軸をずらして入光するように配置したものである。 In other words, the lens 43 shifted optical axis is obtained arranged to light input by shifting the optical axis of the laser beam P1, Pn. ここでは、レーザ光P1、Pnの光学系において、光軸ずらしレンズ43により、照射面でのレーザ光のピーク強度が軸方向外側にシフトするように、光軸をずらすことにより、軸方向における裾野部分のレーザ光の光路を内側にずらして、照射領域の軸方向の端部の光強度を確保するようにしている。 Here, in the optical system of the laser light P1, Pn, by shifting the optical axis lens 43, so that the peak intensity of the laser beam on the irradiated surface is shifted axially outward, by shifting the optical axis, the foot in the axial direction by shifting the optical path of the laser beam portions inward, thereby ensuring a light intensity of the axial end portion of the irradiation area.

従って、レーザ光P1、Pnにおいては、光ファイバ6から出射されたレーザ光が、光学系を保護する保護ガラス31へ入射され、保護ガラス31を透過したレーザ光がレンズ41により拡大され、その後、レンズ41により拡大されたレーザ光が光軸ずらしレンズ43により軸方向内側に光軸がずらされ、光軸ずらしレンズ43により光軸がずらされたレーザ光が、ミラー35により配管2の方向へ反射され、ミラー35により反射されたレーザ光が、保護ガラス36を透過して、配管2の所望の領域に照射されている。 Therefore, in the laser light P1, Pn, laser light emitted from the optical fiber 6, is incident on the protective glass 31 for protecting the optical system, the laser beam transmitted through the protective glass 31 is enlarged by the lens 41, then, laser light enlarged by the lens 41 the optical axis is shifted is axially inwardly by the lens 43 shifted optical axis, the laser beam optical axis is shifted by shifting the optical axis lens 43, reflected to the pipe 2 direction by the mirror 35 is, the laser beam reflected by the mirror 35 passes through the protective glass 36 and is irradiated to a desired area of ​​the pipe 2.

このような構成により、従来、必要領域への入熱にほとんど寄与しないレーザ光の裾野部分となっていた部分を、配管2の表面上の照射領域の軸方向内側にずらして、照射することになる。 With such a configuration, a conventional, a portion which was the tail part of the hardly contribute to the heat input into the necessary area laser beam, shifted axially inward of the irradiation area on the surface of the pipe 2, to be irradiated Become. その結果、必要領域外への照射を抑制して、出力を有効活用することができ、配管2の照射領域の軸方向端部の光強度を制御して、その立上りを急峻にすることができる。 Consequently, by suppressing irradiation of the necessary region outside can be effectively utilized the output, by controlling the light intensity of the axial end portion of the irradiation area of ​​the pipe 2, it can be made steep rise .

従って、従来は、必要領域への入熱にほとんど寄与しなかったレーザ光の裾野部分を、光軸ずらしレンズ43により有効に利用して、配管2の照射領域の軸方向端部の光強度を確保することができる。 Therefore, conventionally, the most tail part of the laser light does not contribute to the heat input into the required area, by effectively utilizing the lens 43 shifted optical axis, the light intensity of the axial end portion of the irradiation area of ​​the pipe 2 it can be ensured. 例えば、図8において、光軸ずらしレンズ43が無い場合、プロファイルP1、Pnも、ガウス分布状のプロファイルであったが、光軸ずらしレンズ43により、軸方向のピーク位置を端部側にシフトさせて、端部側のプロファイルが急峻に立ち上がるような非対称のプロファイルとすることが可能である。 For example, in FIG. 8, when the lens 43 is shifted optical axis is not, profile P1, Pn also has a Gaussian-like profile, by shifting the optical axis lens 43 shifts the peak position in the axial direction on the end side Te, may be a profile of an asymmetric, such as profile of the end portion side rises steeply. なお、図8においても、P1、Pn以外のプロファイル、例えば、P2等のプロファイルは省略している。 Also in FIG. 8, P1, Pn other profiles, for example, profiles such as P2 are omitted.

上述した参考例4 、実施例1、2において、台形プリズム32、37は、台形側面を有するプリズムであり、入射側である底面に対して、出射側に3つの面を有するものであったが、 参考例4 、実施例1、2の変形例として、台形プリズム32、37に替えて、図9に示すように、出射側に3つより多い数の面を有する多面プリズム48を用いるようにしてもよい。 Above Reference Example 4, in Examples 1 and 2, the trapezoidal prism 32 and 37 is a prism having a trapezoidal side surfaces, the bottom surface is incident side, but had a three surfaces on the exit side as a modification of reference example 4, examples 1 and 2, instead of the trapezoidal prism 32 and 37, as shown in FIG. 9, to use a multifaceted prism 48 having more than three number of faces on the exit side it may be. なお、図9では、底面に対して、5つの面を有する多面プリズムであるが、所望の入熱プロファイルに応じて、より多くの面を形成した多面プリズムでもよい。 In FIG. 9, the bottom surface, is a multifaceted prism having five faces, depending on the desired heat input profile may be a polygonal prism form more aspects. このような多面プリズムを用いることにより、より滑らかな入熱プロファイルに調整可能となる。 By using such a multifaceted prism, the adjustable smoother heat input profile.

又、上述した参考例4 、実施例1、2において、台形プリズム32、37は、周方向又は軸方向のいずれか一方の側面が台形となるプリズムであったが、 参考例4 、実施例1、2の変形例として、台形プリズム32、37に替えて、図10に示すような、切頭型の四角錐からなる6面体プリズム49を用いるようにしてもよい。 Further, in Reference Example 4, Examples 1 and 2 described above, the trapezoidal prism 32 and 37, but one side of the circumferential direction or the axial direction was prism as a trapezoid, Reference Example 4, Example 1 as a modification of the 2, instead of the trapezoidal prism 32 and 37, as shown in FIG. 10, it may be used hexahedral prisms 49 made of quadrangular pyramid truncated. これは、周方向及び軸方向共に、断面が台形断面となるプリズムである。 This is the circumferential direction and the axial direction both a prism cross section a trapezoidal cross-section. このような6面体プリズムを用いることにより、周方向及び軸方向の入熱プロファイルを同時に調整可能となる。 By using such a hexahedral prisms, at the same time the adjustable heat input profile in the circumferential direction and the axial direction.

又、従来は、レーザ光P1〜Pnは、各々独立した構成であり、各々独立した筐体内に配置されていたが、上述した参考例4 、実施例1、2の変形例として、レーザ光P1〜Pnを、1つの筐体内に配置する構成としてもよい。 Further, conventionally, the laser beam P1~Pn are each configured independently, but are located in each separate enclosure, above Reference Example 4, as a modification of Examples 1 and 2, the laser light P1 the to PN, it may be arranged in a single housing. レーザ光P1〜Pnを、1つの筐体内に配置することにより、レーザ光P1〜Pnにおける各光学系のピッチ調整量を大きく確保することができる。 The laser light P1 to Pn, By placing one casing, it is possible to ensure a large pitch adjustment amount of each optical system in the laser beam P1 to Pn.

参考例5 Reference Example 5

図11に、光制御部5の実施形態の他の一例となる概略構成図を示して、その構成を説明する。 Figure 11 is a schematic diagram illustrating an another example of an embodiment of the light control unit 5, its configuration will be described. なお、図11においても、見やすくするため、レーザ光P1〜Pnのうち、レーザ光P1、Pnのみの光学系を図示すると共に、実際は、レンズやミラー等により、拡大されたり、反射されたりしているレーザ光P1、Pnの光路のうち、主な光路のみ図示している。 It is the same even, clarity in FIG. 11, in the laser light P1 to Pn, as well as illustrating the optical system of the laser light only P1, Pn, in fact, by a lens or mirror or the like, or be expanded, with or is reflected of the optical paths for the laser beams P1, Pn which are, and shows only principal optical paths.

図11に示すように、本参考例の光制御部5Gも、レーザ光P1〜Pnを制御するものである。 As shown in FIG. 11, the light control unit 5G of the present embodiment also, it controls the laser light P1 to Pn. 例えば、レーザ光P1の光学系は、レーザ光の進行方向に向かって、順に、ライトパイプ51、レンズ52、ミラー54、レンズ55を有している。 For example, the optical system of the laser light P1 is towards the traveling direction of the laser beam, in turn, has a light pipe 51, lens 52, mirror 54, lens 55. つまり、光学系の前段側に、ライトパイプ51を有する構成である。 That is, in the preceding stage of the optical system is configured to have a light pipe 51. なお、レンズ52としては、球面レンズが使用される。 As the lens 52, a spherical lens is used.

参考例では、上記参考例1〜3のミラーや上記参考例4 、実施例1、2の台形プリズムに替えて、出射光のエネルギ密度が均一化されると共にその照射形状が整えられる長方形断面形状又は正方形断面形状のライトパイプ51を用いている。 In the present embodiment, the reference examples 1 to 3 of the mirror and the reference example 4, instead of the trapezoidal prism of Examples 1 and 2, a rectangular cross-section the irradiation shape is trimmed with energy density of the emitted light is made uniform shape or uses light pipes 51 of square cross-sectional shape. 図12(a)から判るように、ライトパイプ51を用いることにより、レーザ光P1、Pnのプロファイルは、立ち上がりが急峻で、頂上部が平坦な台形状のプロファイルとなる。 As seen from FIG. 12 (a), the by using a light pipe 51, the profile of the laser beam P1, Pn is rising steeply, the top portion is flat trapezoidal profile. このように、プロファイル形状を整えられるライトパイプ51を用いることにより、照射領域の端部の光強度が不十分な状態にならないようにしている。 In this way, by using the light pipe 51 to be established a profile shape, the light intensity of the end of the irradiation area is prevented from becoming insufficient state. なお、図12(a)においても、P1、Pn以外のプロファイル、例えば、P2等のプロファイルは省略している。 Also in FIG. 12 (a), P1, Pn other profiles, for example, profiles such as P2 are omitted.

従って、レーザ光P1〜Pnにおいては、光ファイバ6から出射されたレーザ光が、出射光のエネルギ密度が均一化され、照射形状が整えられるライトパイプ51へ入射され、ライトパイプ51によりエネルギ密度が均一化され、照射形状が整えられたレーザ光が球面レンズ52により拡大され、その後、球面レンズ52により拡大されたレーザ光がミラー54により配管2の方向へ反射され、ミラー54により反射されたレーザ光が、球面レンズ55により拡大されて、配管2の所望の領域に結像投影されて、照射されることになる。 Therefore, in the laser light P1 to Pn, the laser beam emitted from the optical fiber 6, are made uniform energy density of the emitted light is incident to the light pipe 51 in which the illumination profile is trimmed, the energy density by the light pipe 51 is uniform, the laser beam irradiation shape trimmed is enlarged by the spherical lens 52, then expanded laser beam is reflected to the pipe 2 by the mirror 54 by the spherical lens 52, the laser reflected by the mirror 54 light, are magnified by the spherical lens 55, are imaged projected to a desired region of the pipe 2 it will be irradiated. ライトパイプ51を用いることにより、ファイバ6の端面の結像に対して、レンズ52等を介した光学系の投影倍率を小さく設定でき、その結果、収差抑制が容易となる。 By using the light pipe 51, with respect to the imaging of the end face of the fiber 6 can be set small projection magnification of the optical system through the lens 52 and the like, as a result, it becomes easy aberration suppressed. 又、レンズ52は、小径レンズでも対応可能となり、製造性が良好なレンズの組合せで光学系を構成することが可能となる。 Further, the lens 52, becomes possible to cope with a small-diameter lens, it is possible manufacturability constitute the optical system by a combination of good lenses.

このような構成により、照射領域のプロファイルが調整されて、必要領域外への照射されることが無くなり、その結果、配管2の照射領域の軸方向端部及び周方向端部の光強度を制御して、その立上りを急峻にすることができる。 With this arrangement, the adjustment profile of the irradiation area, eliminates be irradiated to the necessary area outside, as a result, controls the light intensity of the axial end portion and the circumferential end portion of the irradiation area of ​​the pipe 2 , it is possible to sharpen the rise.

従って、図12(a)に示すように、レーザ光P1〜Pnにおいて、照射領域のプロファイルが調整されて、端部側のプロファイルが急峻に立ち上がるような台形状のプロファイルとすることが可能であり、配管2に与える温度分布も、図12(a)に示すような温度プロファイルに制御することができる。 Accordingly, as shown in FIG. 12 (a), the laser light P1 to Pn, are adjusted profile of the irradiation region, it is possible to trapezoidal profile as the profile of the end portion side rises steeply , the temperature distribution to be applied to the pipe 2 can also be controlled to the temperature profile as shown in Figure 12 (a).

又、周方向に関しても、ライトパイプ51により照射領域のプロファイルが調整されて、端部側のプロファイルが急峻に立ち上がるような台形状のプロファイルにして、配管2の照射領域の周方向端部の光強度を確保することができる。 Further, with respect to the circumferential direction, are adjusted profile of the irradiated region by the light pipe 51, and the trapezoidal profile as the profile of the end portion side rises steeply, the light of the circumferential edge portion of the irradiation area of ​​the pipe 2 it is possible to ensure the strength. そして、レーザ光P1〜Pnのライトパイプ51を調整することで、例えば、図12(b)に示すように、軸方向において、入熱の周方向幅をステップ状に制御可能である。 By adjusting the light pipe 51 of the laser light P1 to Pn, for example, as shown in FIG. 12 (b), in the axial direction, is capable of controlling the circumferential width of the heat input in steps. このような入熱幅の変化は、異材境界等で周方向照射幅を変化させる場合に有効である。 Such a change in heat input width is effective when changing the circumferential irradiation width dissimilar boundary or the like.

参考例6 Reference Example 6

上記参考例5において、ライトパイプ51は、長方形断面形状又は正方形断面形状のものであったが、 参考例5の変形例として、長方形断面形状又は正方形断面形状のライトパイプ51に替えて、照射領域の形状に対応した断面形状、例えば、台形断面形状のライトパイプを用いるようにしてもよい。 In Reference Example 5, the light pipe 51, but was of rectangular cross-section or a square cross-sectional shape, as a modification of Reference Example 5, instead of the light pipe 51 of rectangular cross-section or a square cross-sectional shape, the irradiation region sectional shape corresponding to the shape, for example, may be used light pipe trapezoidal cross-sectional shape. 例えば、照射対象の配管2にテーパ部分がある場合には、その部分への照射領域形状は台形状とすることが望ましいため、台形断面形状のライトパイプを用いることにより、台形状の照射形状を容易に配管2のテーパ部分に投影照射することができる。 For example, when there is a pipe 2 to the tapered portion of the irradiation target, because it is desirable that the irradiation region shapes trapezoidal to that portion, by using a light pipe of trapezoidal cross-sectional shape, the illumination profile of trapezoidal it can be easily projected radiation in the tapered portion of the pipe 2. このように、ライトパイプの断面形状を、照射領域に応じた形状にすることで、照射対象にマッチした照射を容易に行うことができる。 Thus, the cross-sectional shape of the light pipe, by a shape corresponding to the irradiation region, it is possible to easily irradiated that matches the irradiation target. なお、レーザ出力に余裕のある場合には、円形断面又は楕円形断面のライトパイプを用いてもよい。 Incidentally, when there is a margin in the laser output may be used light pipe with a circular cross section or elliptical cross-section.

参考例7 Reference Example 7

上記参考例5は、ライトパイプ51を用いて、その断面形状を照射対象の配管2上に投影することにより、入熱を行うものである。 Reference Example 5, using a light pipe 51, by projecting the cross-sectional shape on the pipe 2 of the irradiation target, and performs heat input. 所望の入熱プロファイル、照射面積にするためには、その投影形状だけではなく、その投影像の均一性も制御する必要がある。 Desired heat input profile for the irradiation area is not only the projected shape, it is necessary to control the uniformity of the projected image. ところが、レーザ発振器7から光ファイバ6を介して、ライトパイプ51に到達するレーザ光の広がり方は、いくらかの個体差を有しており、必ずしも、レーザ光P1〜Pn全てで一様ではない。 However, through the optical fiber 6 from the laser oscillator 7, spreading way of the laser beam reaching the light pipe 51 has some individual difference, not necessarily uniform in all the laser beams P1 to Pn. そこで、図13に示すように、ライトパイプ51a、51bを、光源毎に(レーザ光P1〜Pn毎に)対応した長さとすることで、ライトパイプ51へ入射するレーザ光のプロファイルが変化しても、その違いを吸収することができる(後述する図14(b)参照)。 Therefore, as shown in FIG. 13, the light pipe 51a, a 51b, (each laser light P1 to Pn) for each light source by a length corresponding profile of the laser beam incident into the light pipe 51 is changed also, it is possible to absorb the difference (see FIG. 14 to be described later (b)). このように、ライトパイプ51の長さを、光源毎に異なる長さにすることで、所望の照射形状で均一に照射することができる。 Thus, the length of the light pipe 51, by the different lengths each light source, it is possible to uniformly irradiate a desired illumination profile.

又、このような光源毎の特性差を吸収するように、ライトパイプ51a、51bを、光源毎の特性差を吸収可能な程度長くして用いるようにしてもよい。 Further, to absorb the difference in characteristics each such light source, the light pipe 51a, a 51b, may be used to lengthen the extent capable of absorbing characteristic difference of each light source. 又、光ファイバの端面位置を変化させてもよい。 Also, it may change the position of the end face of the optical fiber. 光源側の特性が変化した場合に備え、長さ可変式のライトパイプを用いてもよい。 In case the characteristics of the light source side is changed, it may be used the length variable of the light pipe. 又、長さ可変式のライトパイプとしては、例えば、銅製の筒状筐体の内部をミラーコーティングしたものを複数用い、これらをスライド可能に構成することで、長さを可変とするライトパイプを実現できる。 As the length variable of the light pipe, for example, using a plurality of those mirror coating inside the copper cylindrical casing, by configuring them slidably, a light pipe for the length variable realizable. このように、ライトパイプを長くすることにより、ライトパイプ内で多数回の反射を繰り返すことになり、エネルギ密度が均一化するため、レーザ光の拡がり特性差をキャンセル可能である。 Thus, by increasing the light pipe, will repeat the multiple reflections within the light pipe, because the energy density is uniform, it is possible to cancel the spread characteristic difference of the laser beam.

例えば、図14(a)は、用いたライトパイプが短い場合のレーザ光のプロファイルであるが、この場合には、光源によっては、照射領域の裾野部分がきれいに立ち上がった形状でなかったり、頂上部分のプロファイルが大きく凹んだり、必ずしも、所望のプロファイルが得られてはいない。 For example, FIG. 14 (a), although the light pipe employed is a profile of a laser beam shorter, in this case, the light source, may not be shaped foot portion of the irradiated area rises to clean, top portion Dari profile is recessed large, necessarily, not is obtained the desired profile. 一方、光源に応じて、ライトパイプの長さを長くすると(例えば、2倍程度の長さ)、図14(b)のように、略台形状のプロファイルが得られことになる。 On the other hand, depending on the light source, when the length of the light pipe (e.g., about twice the length), as shown in FIG. 14 (b), the thus obtained profile substantially trapezoidal. このように、ライトパイプに入射するレーザ光のプロファイルが変化したとしても、ライトパイプをある程度長くすることにより、その変化を吸収して、所望のプロファイルを得ることができる。 Thus, even if the profile of the laser beam incident on the light pipe is changed by a certain extent increase the light pipe absorbs the change, it is possible to obtain a desired profile.

又、上述した参考例1〜7、実施例1〜 において、レンズ12、33、52等は、球面レンズであったが、 参考例1〜7、実施例1〜5の変形例として、レンズ12、33、52に替えて、非球面レンズやシリンドリカルレンズを用いてもよい。 Further, the above-mentioned Reference Example 1-7, in Examples 1-5, lens 12,33,52 etc., was the spherical lens, Reference Examples 1 to 7, as a modification of Examples 1 to 5, the lens instead of 12,33,52, it may be used non-spherical lens or a cylindrical lens. 非球面レンズを用いると、使用するレンズ枚数を抑制でき、光制御部5を狭隘箇所でも使用可能な簡単な構成にすることができ、又、シリンドリカルレンズを用いると、配管2の周方向、軸方向へのレーザ光の制御を独立して行うことができる。 When using an aspherical lens, can be suppressed number of lenses to be used, the light control section 5 can also be made available simple structure in narrow places, also the use of a cylindrical lens, of the pipe 2 the circumferential direction, the shaft it can be independently controlled laser beam in the direction. 非球面レンズにより、レンズ枚数を抑制した場合、光学系におけるレーザ光のロスも抑制できるため、装置出力の裕度を向上させたり、装置コストを低減したりすることができる。 The aspherical lens, when suppressing the number of lenses, it is possible to also suppress loss of the laser beam in the optical system, or to improve the tolerance of the device output, or can reduce equipment cost. 参考例1〜5、実施例1〜 の場合には、例えば、異径配管に入熱する場合、テーパ部分−ストレート部分の境界の形状差に起因する入熱の急激な変化を抑制するように、非球面レンズを形成することにより、形状に応じた滑らかなプロファイルとすることができる。 Reference Example 1-5, in the case of Examples 1 5, for example, when entering heat the different-diameter pipe, the tapered portion - suppressing so a rapid change in heat input due to the shape difference of the boundary of the straight portion , by forming an aspherical lens may be a smooth profile corresponding to the shape. 参考例6、7の場合には、非球面レンズを用いることにより、所望の投影照射形状を得られると共に、収差補正も容易となる。 In the case of Reference Example 6 and 7, by using an aspherical lens, the obtained desired projection illumination shape, the aberration correction easy. 又、照射領域の寸法を変化させる場合であっても、照射領域の端部が急峻に立ち上がるプロファイルの形成が可能である。 Moreover, even when changing the size of the irradiation region can be formed of a profile end of the irradiation area rises steep. 加えて、照射領域の中心部分/裾野部分で、その照射強度比を所望の比率に調整可能である。 In addition, at the central portion / tail part of the irradiation region, it is possible to adjust the irradiation intensity ratio to a desired ratio.

本発明は、円筒状配管の残留応力の改善に好適なものである。 The present invention is suitable for improving the residual stress of the cylindrical pipe.

本発明に係る管体の残留応力改善装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。 It is a schematic diagram showing an example of an embodiment of a tubular-body residual-stress improving apparatus according to the present invention. (a)は、本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部の実施形態の一例( 参考例1)を示す概略構成図であり、(b)は、その効果を説明するグラフである。 (A), in the tubular-body residual-stress improving apparatus according to the present invention, it is a schematic diagram showing an example (Reference Example 1) of an embodiment of the light control unit, (b) illustrates the effect it is a graph. (a)は、本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部の実施形態の他の一例( 参考例2)を示す概略構成図であり、(b)は、その効果を説明するグラフである。 (A), in the tubular-body residual-stress improving apparatus according to the present invention, it is a schematic configuration diagram showing another example of an embodiment of the light control unit (Reference Example 2), the (b), the effect description is a graph. 本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部の実施形態の他の一例( 参考例3)を示す概略構成図である。 In the residual stress improving apparatus of the pipe body according to the present invention, it is a schematic view showing the another example of an embodiment of a light control section (Reference Example 3). 本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部の実施形態の他の一例( 参考例4)を示す概略構成図である。 In the residual stress improving apparatus of the pipe body according to the present invention, it is a schematic view showing the another example of an embodiment of a light control section (Reference Example 4). (a)は、本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部の実施形態の他の一例(実施例 )を示す概略構成図であり、(b)は、その効果を説明するグラフである。 (A), in the tubular-body residual-stress improving apparatus according to the present invention, a schematic view showing the another example of an embodiment of a light control section (Example 1), the (b), the effect description is a graph. 本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部の実施形態の他の一例(実施例 )を示す概略構成図であり、(a)は、その上方視であり、(b)は、その斜視である。 In the residual stress improving apparatus of the pipe body according to the present invention, the another example of an embodiment of the light control section (Example 2) is a schematic diagram showing a, (a) is its top view, (b ) is its perspective. 図7に示した光制御部の効果を説明するグラフである。 Is a graph illustrating the effect of the light control unit shown in FIG. 本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部に用いる多面プリズムの一例を示す斜視図である。 In the residual stress improving apparatus of the pipe body according to the present invention, it is a perspective view showing an example of a polygonal prism used in the light control unit. 本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部に用いる6面体プリズムの一例を示す斜視図である。 In the residual stress improving apparatus of the pipe body according to the present invention, it is a perspective view showing an example of a hexahedral prisms used in the light control unit. 本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部の実施形態の他の一例( 参考例5 )を示す概略構成図である。 In the residual stress improving apparatus of the pipe body according to the present invention, it is a schematic view showing the another example of an embodiment of a light control section (Reference Example 5). (a)、(b)は、図11に示した光制御部の効果を説明するグラフである。 (A), (b) is a graph illustrating the effect of the light control unit shown in FIG. 11. 図11に示した本発明に係る管体の残留応力改善装置の変形例を示す概略構成図である。 Is a schematic diagram showing a modification of the tubular body of the residual stress improving apparatus according to the present invention shown in FIG. 11. (a)、(b)は、図13に示した光制御部の効果を説明するグラフである。 (A), (b) is a graph illustrating the effect of the light control unit shown in FIG. 13.

1 残留応力改善装置 2 配管 3 回転駆動装置 4 アーム部 5 光制御部 6 光ファイバ 7 レーザ発振器 8 制御部 9 レーザ光 21、22、23、24 ミラー 32、37 台形プリズム 43 軸ずらしレンズ 48 多面プリズム 49 六面体プリズム 51 ライトパイプ 1 residual stress improving apparatus 2 pipe 3 rotary drive 4 arm 5 the light control unit 6 optical fiber 7 laser oscillator 8 controller 9 laser beam 21, 22, 23, 24 mirrors 32, 37 trapezoidal prism 43 axial shifting lens 48 multifaceted prism 49 hexahedron prisms 51 light pipe

Claims (8)

  1. 円筒状の管体の外周を周回移動する回転駆動手段と、 A rotation driving unit that moves around the outer periphery of the cylindrical tube,
    前記回転駆動手段に保持され、レーザ光源からのレーザ光を前記管体の溶接部分の外周面に複数照射すると共に、前記複数のレーザ光による照射領域を調整可能な光制御部とを有し、 The held to a rotary drive means and a plurality irradiated with laser light from the laser light source on the outer peripheral surface of the welded portion of the tubular body, and an adjustable light control unit irradiation area by the plurality of laser beams,
    前記複数のレーザ光による照射領域を前記管体の周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善装置において、 By moving the irradiation region by said plurality of laser beams in the circumferential direction of the tubular body, the tubular-body residual-stress improving apparatus for improving the residual stress of the tube,
    前記光制御部は、 The light control unit,
    少なくとも1つの端部のレーザ光の光学系に、該光学系におけるレーザ光の光軸をずらすレンズを有し、該レンズにより、端部のレーザ光の強度ピークが前記管体の軸方向の外側に偏るように該レーザ光の光軸をずらして、前記管体へ照射すると共に、 At least one end an optical system of a laser beam, having a lens for shifting the optical axis of the laser beam in the optical system, by the lens, the outer intensity peak of the laser beam in the axial direction of the tubular body end together by shifting the optical axis of the laser beam is irradiated to the tube body like biased to,
    他のレーザ光の光学系に、台形側面を前記管体の軸方向に向けて配設した台形プリズムを有し、該台形プリズムにより、各レーザ光の前記管体の周方向における裾野部分を内側に屈折して、前記管体へ照射することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 The optical system of the other laser beam has a trapezoidal prism which is disposed toward the trapezoidal side in the axial direction of the tubular body, the trapezoid prism, the inside of the skirt portion in the circumferential direction of the tubular body of the laser beam and refracted, residual stress improving apparatus of a tube material and then irradiating to the tube body.
  2. 請求項1に記載の管体の残留応力改善装置において、 In the residual stress improving apparatus of the pipe body according to claim 1,
    前記光制御部は、一方の端部のレーザ光の光学系が前記レンズを有する場合、他方の端部のレーザ光の光学系に、 前記レーザ光の光軸をずらすレンズに替えて 、台形側面を前記管体の周方向に向けて配設した他の台形プリズムを有し、該他の台形プリズムにより、端部のレーザ光の前記管体の軸方向における裾野部分を内側に屈折して、前記管体へ照射することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 The light control unit, when the optical system of the laser beam at one end has said lens, the optical system of the laser beam at the other end, in place of the lens to shift the optical axis of the laser beam, trapezium flanks the have other trapezoidal prism which is disposed toward the circumferential direction of the tubular body, the said other trapezoidal prism, and refracts the tail part in the axial direction of the tubular body of the laser beam ends inward, residual stress improving apparatus of the tube body and irradiating to the tube body.
  3. 請求項1又は請求項2に記載した管体の残留応力改善装置において、 In the residual stress improving apparatus tube body according to claim 1 or claim 2,
    前記台形プリズムに替えて、出射側の面が3つより多い数の面を有する多面プリズムを用いることを特徴とする管体の残留応力改善装置。 The trapezoid prism instead of arm, residual stress improving apparatus of the tubular body, which comprises using a multifaceted prism having a surface having a surface on the emission side is more than three.
  4. 請求項2に記載した管体の残留応力改善装置において、 In the residual stress improving apparatus tube body according to claim 2,
    前記台形プリズム、前記他の台形プリズムに替えて、出射側の面が3つより多い数の面を有する多面プリズムを用いることを特徴とする管体の残留応力改善装置。 The trapezoidal prism, instead of the other trapezoidal prism, the residual stress improving apparatus of the tubular body, which comprises using a multifaceted prism having a surface having a surface on the emission side is more than three.
  5. 請求項2に記載の管体の残留応力改善装置において、 In the residual stress improving apparatus of the pipe body according to claim 2,
    前記他の台形プリズムに替えて、切頭型の四角錐からなる六面体プリズムを用い、該六面体プリズムにより、端部のレーザ光の前記管体の周方向における裾野部分を内側に屈折すると共に、端部のレーザ光の前記管体の軸方向における裾野部分を内側に屈折して、前記管体へ照射することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 Instead of the other trapezoidal prism, using the hexahedron prism consisting of pyramid truncated, by the hexagonal prism, with refracts skirt portion in the circumferential direction of the tubular body of the laser beam ends inward end the skirt portion in the axial direction of the tubular body of the laser light parts refracted inward, the residual stress improving apparatus of the tube body and irradiating to the tube body.
  6. 円筒状の管体の外周を周回移動する回転駆動手段と、 A rotation driving unit that moves around the outer periphery of the cylindrical tube,
    前記回転駆動手段に保持され、レーザ光源からのレーザ光を前記管体の溶接部分の外周面に1つ若しくは複数照射すると共に、前記1つ若しくは複数のレーザ光による照射領域を調整可能な光制御部とを有し、 The held to a rotary drive means, as well as one or more irradiating laser light to the outer peripheral surface of the welded portion of the tubular body from the laser light source, tunable light controlling the irradiation region by said one or more laser beams and a part,
    前記1つ若しくは複数のレーザ光による照射領域を前記管体の周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善装置において、 By moving the irradiation region by said one or more laser beams in a circumferential direction of the tubular body, the tubular-body residual-stress improving apparatus for improving the residual stress of the tube,
    前記光制御部は、少なくとも1つの端部のレーザ光の光学系に、該光学系におけるレーザ光の光軸をずらすレンズを有し、該レンズにより、端部のレーザ光の強度ピークが前記管体の軸方向の外側に偏るように該レーザ光の光軸をずらして、前記管体へ照射することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 The light control unit includes at least one end an optical system of a laser beam, having a lens for shifting the optical axis of the laser beam in the optical system, by the lens, the intensity peak of the laser beam end tube by shifting the optical axis of the laser beam as biased outward in the axial direction of the body, the residual stress improving apparatus of the tube body and irradiating to the tube body.
  7. 請求項1から請求項のいずれか1つの請求項に記載した管体の残留応力改善装置において、 In the residual stress improving apparatus tube body according to any one of claims of claims 1 to 6,
    前記レーザ光の光学系を、1つの筐体内に配置することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 The optical system of the laser light, the residual stress improving apparatus of the tubular body, characterized in that arranged in one housing.
  8. 請求項1から請求項のいずれか1つの請求項に記載した管体の残留応力改善装置において、 In the residual stress improving apparatus tube body according to any one of claims of claims 1 to 7,
    前記光制御部の光学系に非球面レンズを用いることを特徴とする管体の残留応力改善装置。 Residual stress improving apparatus of the tubular body, which comprises using an aspherical lens in the optical system of the light control unit.
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